DE102020111324A1

DE102020111324A1 - Active part of an electrical machine with an additionally implemented electromagnetic flux guide and thermodynamic cooling device as well as electrical machine

Info

Publication number: DE102020111324A1
Application number: DE102020111324.2A
Authority: DE
Inventors: Maximilian Martens; Norman Borchardt; Joachim MAERZ
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-04-27
Filing date: 2020-04-27
Publication date: 2021-10-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Aktivteil (4) für eine elektrische Maschine (1) aufweisend:
- ein magnetfelderzeugendes System zur Erzeugung eines magnetischen Flusses,
- ein Aktivteileisen (7) zum Halten des magnetfelderzeugendes Systems und zum Leiten des magnetischen Flusses des magnetfelderzeugendes Systems, und
- eine Kühl- und Flussführungsstruktur (14), welche in das Aktivteileisen (7) eingebettete und sich zumindest teilweise axial durch das Aktivteileisen (7) erstreckende Elemente (15) aufweist, wobei die Elemente (15) als Kühlabschnitte (16) zum Abführen von Abwärme des Aktivteils (4) ausgebildet sind und zusätzlich als magnetische Flusssperrabschnitte (17) zum Führen des magnetischen Flusses des magnetfelderzeugenden Systems innerhalb von an die Flusssperrabschnitte (17) angrenzenden, durch das Aktivteileisen (7) gebildeten Flussführungsabschnitten (18) ausgebildet sind. Die Erfindung betrifft außerdem eine elektrische Maschine (1).

The invention relates to an active part (4) for an electrical machine (1) having:
- a magnetic field generating system for generating a magnetic flux,
- An active part iron (7) for holding the magnetic field generating system and for guiding the magnetic flux of the magnetic field generating system, and
- A cooling and flow guide structure (14) which has elements (15) embedded in the active part iron (7) and at least partially axially extending through the active part iron (7), the elements (15) as cooling sections (16) for discharging Waste heat of the active part (4) are formed and are additionally formed as magnetic flux blocking sections (17) for guiding the magnetic flux of the magnetic field generating system within flux guide sections (18) formed by the active part iron (7) and adjacent to the flux blocking sections (17). The invention also relates to an electrical machine (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Aktivteil für eine elektrische Maschine aufweisend ein magnetfelderzeugendes System zur Erzeugung eines magnetischen Flusses sowie ein Aktivteileisen zum Halten des magnetfelderzeugenden Systems und zum Leiten des magnetischen Flusses des magnetfelderzeugenden Systems. Die Erfindung betrifft außerdem eine elektrische Maschine.The invention relates to an active part for an electrical machine having a magnetic field generating system for generating a magnetic flux and an active part iron for holding the magnetic field generating system and for guiding the magnetic flux of the magnetic field generating system. The invention also relates to an electrical machine.

Vorliegend richtet sich das Interesse auf elektrische Maschinen, welche beispielsweise als Antriebsmaschinen für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, also Elektro- oder Hybridfahrzeuge, eingesetzt werden können. Die Maschinen weisen Aktivteile in Form von einem ortsfest gelagerten Stator bzw. Ständer sowie in Form von einem bezüglich des Stators beweglich gelagerten Rotor bzw. Läufer auf. Die Aktivteile weisen üblicherweise magnetfelderzeugende Systeme in Form von bestrombaren Wicklungen und/oder Permanentmagneten auf, welche von einem Aktivteileisen gehalten werden und einen magnetischen Fluss erzeugen.In the present case, the interest is directed towards electrical machines, which can be used, for example, as drive machines for electrically drivable motor vehicles, that is to say electric or hybrid vehicles. The machines have active parts in the form of a stationary mounted stator or stator and in the form of a rotor or rotor mounted movably with respect to the stator. The active parts usually have systems that generate magnetic fields in the form of windings that can be energized and / or permanent magnets, which are held by an active part iron and generate a magnetic flux.

Im Betrieb der elektrischen Maschine erhitzt sich diese und wird daher üblicherweise gekühlt. Eine Kühlung kann jedoch Konflikte zwischen dem elektromagnetischen Verhalten und der thermischen Auslegung der elektrischen Maschine verursachen, beispielsweise indem der innerhalb des Aktivteileisens geführte magnetische Fluss durch eine Kühlung des Aktivteils stark eingeschränkt wird.When the electrical machine is in operation, it heats up and is therefore usually cooled. However, cooling can cause conflicts between the electromagnetic behavior and the thermal design of the electrical machine, for example in that the magnetic flux conducted within the active part is severely restricted by cooling the active part.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühlung für ein Aktivteil einer elektrischen Maschine bereitzustellen, welche ein elektromagnetisches Verhalten der elektrischen Maschine positiv beeinflusst.The object of the present invention is to provide a cooling system for an active part of an electrical machine, which has a positive influence on the electromagnetic behavior of the electrical machine.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Aktivteil sowie eine elektrische Maschine mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figur.According to the invention, this object is achieved by an active part and an electrical machine with the features according to the respective independent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims, the description and the figure.

Ein erfindungsgemäßes Aktivteil für eine elektrische Maschine weist ein magnetfelderzeugendes System zur Erzeugung eines magnetischen Flusses sowie ein Aktivteileisen zum Halten des magnetfelderzeugendes Systems und zum Leiten des magnetischen Flusses des magnetfelderzeugendes Systems auf. Außerdem weist das Aktivteil eine Kühl- und Flussführungsstruktur auf, welche in das Aktivteileisen eingebettete und sich zumindest teilweise axial durch das Aktivteileisen erstreckende Elemente aufweist. Die Elemente sind als Kühlabschnitte zum Abführen von Abwärme des Aktivteils und zusätzlich als magnetische Flusssperrabschnitte zum Führen des magnetischen Flusses des magnetfelderzeugenden Systems innerhalb von Flussführungsabschnitten ausgebildet. Die Flussführungsabschnitte grenzen an die Flusssperrabschnitte an und sind durch das Aktivteileisen gebildet.An active part according to the invention for an electrical machine has a magnetic field generating system for generating a magnetic flux and an active part iron for holding the magnetic field generating system and for guiding the magnetic flux of the magnetic field generating system. In addition, the active part has a cooling and flow guiding structure which has elements embedded in the active part iron and at least partially extending axially through the active part iron. The elements are designed as cooling sections for dissipating waste heat from the active part and additionally as magnetic flux blocking sections for guiding the magnetic flux of the magnetic field-generating system within flux guiding sections. The flow guiding sections adjoin the flow blocking sections and are formed by the active part iron.

Die Erfindung betrifft außerdem eine elektrische Maschine mit zumindest einem erfindungsgemäßen Aktivteil. Die elektrische Maschine kann beispielsweise als elektrische Traktionsmaschine für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug verwendet werden. Die elektrische Maschine kann eine translatorisch arbeitende elektrische Maschine oder eine rotatorisch arbeitende elektrische Maschine sein. Die elektrische Maschine kann eine elektrisch erregte elektrische Maschine, eine permanenterregte elektrische Maschine oder eine hybriderregte elektrische Maschine sein. Die elektrische Maschine ist insbesondere eine Synchronmaschine, kann jedoch auch als eine Asynchronmaschine ausgebildet sein. Die elektrische Maschine weist zwei Aktivteile in Form von einem ortsfest gelagerten Stator bzw. Ständer sowie einem bezüglich des Stators beweglich, beispielsweise drehbar, gelagerten Rotor bzw. Läufer auf. Der Stator weist ein statorseitiges, magnetfelderzeugendes System auf, welches beispielsweise bestrombare Statorwicklungen aufweist. Das statorseitige, magnetfelderzeugende System wird von einem statorseitigen Aktivteileisen, beispielsweise ein Statorblechpaket bzw. Statoreisen, gehalten.The invention also relates to an electrical machine with at least one active part according to the invention. The electric machine can be used, for example, as an electric traction machine for an electrically drivable motor vehicle. The electrical machine can be a translatory electrical machine or a rotary electrical machine. The electrical machine can be an electrically excited electrical machine, a permanently excited electrical machine or a hybrid excited electrical machine. The electrical machine is in particular a synchronous machine, but can also be designed as an asynchronous machine. The electrical machine has two active parts in the form of a stationary mounted stator or stator and a rotor or rotor mounted movably, for example rotatably, with respect to the stator. The stator has a stator-side, magnetic field-generating system which, for example, has stator windings that can be energized. The stator-side, magnetic field-generating system is held by an active part iron on the stator side, for example a stator core or stator iron.

Der Rotor kann als Innenläufer oder Außenläufer ausgebildet sein und weist ein rotorseitiges, magnetfelderzeugendes System bzw. Erregersystem auf. Das Erregersystem weist zur Ausbildung einer elektrisch erregten Maschine zumindest eine bestrombare Rotorwicklung auf, welche zur Erzeugung eines elektrisch erregten magnetischen Flusses ausgebildet ist. Zur Ausbildung einer permanenterregten Maschine weist das Erregersystem zumindest einen Permanentmagneten auf, welcher zur Erzeugung eines permanenterregten magnetischen Flusses ausgebildet ist. Zur Ausbildung einer hybriderregten Maschine weist das Erregersystem zumindest eine Rotorwicklung und zumindest einen Permanentmagneten auf, deren magnetische Flüsse sich überlagern können. Auch kann die Maschine Kavitäten zur Reluktanzbildung aufweisen, sodass zusätzlich der Reluktanzeffekt erzielt wird. Das Erregersystem wird von einem rotorseitigen Aktivteileisen, also einem Rotoreisen, welches beispielsweise als Rotorblechpaket oder massives Rotoreisen ausgebildet sein kann, gehalten. Das Rotoreisen führt zudem den magnetischen Fluss des Erregersystems.The rotor can be designed as an internal rotor or an external rotor and has a rotor-side, magnetic field-generating system or excitation system. To form an electrically excited machine, the excitation system has at least one rotor winding which can be energized and which is designed to generate an electrically excited magnetic flux. To form a permanently excited machine, the excitation system has at least one permanent magnet, which is designed to generate a permanently excited magnetic flux. To form a hybrid-excited machine, the excitation system has at least one rotor winding and at least one permanent magnet, the magnetic fluxes of which can be superimposed. The machine can also have cavities for reluctance formation, so that the reluctance effect is also achieved. The excitation system is held by an active part iron on the rotor side, that is to say a rotor iron, which can be designed, for example, as a laminated rotor core or a solid rotor iron. The rotor iron also guides the magnetic flux of the excitation system.

Um eine im Betrieb der elektrischen Maschine entstehende Abwärme abführen zu können, weist zumindest eines der Aktivteile, also der Rotor und/oder der Stator, die Kühl- und Flussführungsstruktur mit den Elementen auf. Die Elemente sind dabei in das Aktivteileisen eingebettet. Insbesondere weist das Aktivteileisen dazu sich zumindest teilweise axial durch das Aktivteileisen erstreckende Kavitäten zum Aufnehmen der Elemente auf. Die Kavitäten und damit die Elemente sind entlang eines Umfangs des Aktivteileisens beabstandet zueinander angeordnet. Die Kavitäten sind dabei radial innerhalb einer Außenseite bzw. eines Außenrands des Aktivteils, welche bzw. welcher an einen Luftspalt der elektrischen Maschine zwischen den zwei Aktivteilen angrenzt, angeordnet. Die Elemente erstrecken sich dabei zumindest teilweise axial durch das Aktivteileisen. Die Elemente sind multifunktional ausgebildet und können als Kühlabschnitte die Abwärme, beispielsweise die Abwärme des magnetfelderzeugenden Systems, in axialer Richtung ableiten bzw. abführen.In order to be able to dissipate waste heat generated during operation of the electrical machine, at least one of the active parts, that is to say the rotor and / or the stator, has the cooling and flux guiding structure with the elements. The elements are there embedded in the active part iron. In particular, for this purpose the active part iron has cavities which extend at least partially axially through the active part iron for receiving the elements. The cavities and thus the elements are arranged at a distance from one another along a circumference of the active part iron. The cavities are arranged radially inside an outer side or an outer edge of the active part which adjoins an air gap of the electrical machine between the two active parts. The elements extend at least partially axially through the active part iron. The elements are multifunctional and, as cooling sections, can dissipate or dissipate the waste heat, for example the waste heat of the magnetic field generating system, in the axial direction.

Die Elemente fungieren zusätzlich als magnetische Flusssperrabschnitte bzw. magnetische Flussbarrieren, während das an die Flusssperrabschnitte angrenzende Aktivteileisenmaterial als Flussführungsabschnitte fungiert. Die magnetischen Flussführungsabschnitte und die magnetischen Flusssperrabschnitte sind entlang des Umfangs insbesondere abwechselnd angeordnet. Die magnetischen Flusssperrabschnitte können dabei äquidistant oder nicht äquidistant zueinander angeordnet werden. Die magnetischen Flusssperrabschnitte wirken dabei als magnetische Widerstände, welche eine Orientierung des magnetischen Flusses und damit eine Konzentration des magnetischen Flusses in den angrenzenden magnetischen Flussführungsabschnitten beeinflussen können. Die Elemente können dabei eine beliebige Querschnittsform, beispielsweise rund, oval, rechteckförmig, trapezförmig, etc. aufweisen.The elements also function as magnetic flux blocking sections or magnetic flux barriers, while the active component iron material adjoining the flux blocking sections functions as flux guiding sections. The magnetic flux guide sections and the magnetic flux blocking sections are in particular arranged alternately along the circumference. The magnetic flux blocking sections can be arranged equidistantly or non-equidistantly from one another. The magnetic flux blocking sections act as magnetic resistors, which can influence an orientation of the magnetic flux and thus a concentration of the magnetic flux in the adjoining magnetic flux guiding sections. The elements can have any cross-sectional shape, for example round, oval, rectangular, trapezoidal, etc.

Durch die geschickte Kombination aus Kühlung und Flussführung mittels der Elemente kann ein vorteilhafter Kompromiss zwischen direkter Kühlung des Aktivteils und der elektromagnetischen Auslegung des Aktivteils bereitgestellt werden.The clever combination of cooling and flow guidance by means of the elements can provide an advantageous compromise between direct cooling of the active part and the electromagnetic design of the active part.

Es kann vorgesehen sein, dass das Aktivteil ein Schenkelpolrotor ist und das Aktivteileisen einen Jochring und zumindest zwei, entlang eines Umfangs des Jochrings an dem Jochring angeordnete Schenkelpole aufweist, welche jeweils einen radial von dem Jochring abstehenden Polschaft und jeweils einen an dem Polschaft angeordneten Polschuh aufweisen, wobei die Elemente in die Polschuhe eingebettet sind. Im Falle eines Innenläufers sind die Schenkelpole entlang eines Außenumfangs des Jochrings bzw. ringförmigen Rotorjochs verteilt angeordnet und stehen radial nach außen hin ab. Das Rotorjoch und die Schenkelpole sind insbesondere einteilig ausgebildet. Die Schenkelpole weisen jeweils einen Polschaft bzw. Polkern und einen Polschuh auf, wobei ein Außenrand des Polschuhs dem Luftspalt der elektrischen Maschine zugewandt ist und der Polschaft zwischen dem Jochring und dem Polschuh angeordnet ist.It can be provided that the active part is a salient pole rotor and the active part iron has a yoke ring and at least two salient poles arranged along a circumference of the yoke ring on the yoke ring, each of which has a pole shaft protruding radially from the yoke ring and a pole shoe each arranged on the pole shaft , the elements being embedded in the pole pieces. In the case of an internal rotor, the salient poles are arranged distributed along an outer circumference of the yoke ring or annular rotor yoke and protrude radially outward. The rotor yoke and the salient poles are in particular formed in one piece. The salient poles each have a pole shaft or pole core and a pole piece, an outer edge of the pole piece facing the air gap of the electrical machine and the pole shaft being arranged between the yoke ring and the pole piece.

Der Polschaft weist vorzugsweise eine rechteckförmige Querschnittsfläche auf, ist also vorzugsweise parallelflankig ausgebildet. Der Polschuh weist entweder eine kreissegmentförmige Querschnittsfläche auf, sodass die Schenkelpole eine pilzförmige Querschnittsfläche aufweisen und zwischen der Oberfläche der Schenkelpole und dem Innendurchmesser des Stators ein inhomogener Luftspalt resultiert. Auch kann der Polschuhe eine zylinderförmige Querschnittsfläche aufweisen, sodass zwischen der Oberfläche der Schenkelpole und dem Innendurchmesser des Stators ein homogener Luftspalt resultiert. Zwischen zwei benachbarten Schenkelpolen sind Nuten gebildet, in welchen beispielsweise um die Polschäfte gewickelten Erregerwicklungen bzw. Rotorwicklungen angeordnet sind. Die Erregerwicklungen werden bei einer Rotation des Rotors durch die Polschuhe, und gegebenenfalls mittels Nutverschlusskeilen zwischen den Polschuhen, auf den Polschäften gehalten. Zum Erzeugen eines elektrisch erregten Flusses kann den Rotorwicklungen ein Strom zugeführt werden. Alternativ oder zusätzlich zu den Erregerwicklungen können auch Permanentmagnete in das Rotoreisen eingebettet sein.The pole shaft preferably has a rectangular cross-sectional area, that is, it is preferably configured with parallel flanks. The pole shoe either has a circular segment-shaped cross-sectional area, so that the salient poles have a mushroom-shaped cross-sectional area and an inhomogeneous air gap results between the surface of the salient poles and the inner diameter of the stator. The pole shoe can also have a cylindrical cross-sectional area, so that a homogeneous air gap results between the surface of the salient poles and the inner diameter of the stator. Grooves are formed between two adjacent salient poles, in which, for example, excitation windings or rotor windings are arranged around the pole shafts. When the rotor rotates, the excitation windings are held on the pole shafts by the pole pieces and, if necessary, by means of slot wedges between the pole pieces. A current can be supplied to the rotor windings to generate an electrically excited flux. As an alternative or in addition to the excitation windings, permanent magnets can also be embedded in the rotor iron.

Die als Kühlabschnitte und Flusssperrabschnitte fungierenden Elemente sind in die Polschuhe eingebettet. Insbesondere sind pro Polschuh mehrere Elemente entlang des Umfangs beabstandet zueinander angeordnet. Jeder Polschuh kann dazu mehrere, entlang des Umfangs beabstandet zueinander angeordnete Kavitäten aufweisen, in welchen die Elemente angeordnet sind. Diese Kavitäten sind mit den Elementen gefüllt. The elements functioning as cooling sections and flow barrier sections are embedded in the pole pieces. In particular, a plurality of elements are arranged at a distance from one another along the circumference for each pole piece. For this purpose, each pole shoe can have a plurality of cavities which are arranged at a distance from one another along the circumference and in which the elements are arranged. These cavities are filled with the elements.

Zwischen den Kavitäten bildet das Material des Rotoreisens die Flussführungsabschnitte innerhalb des Polschuhs aus.Between the cavities, the material of the rotor iron forms the flux guide sections within the pole piece.

Auch kann vorgesehen sein, dass das Aktivteil ein Vollpolrotor ist und das Aktivteileisen entlang eines Umfangs des Aktivteileisens verteilt angeordnete Aufnahmebereiche zum Aufnehmen des magnetfelderzeugenden Systems aufweist, wobei die Elemente in zwischen den Aufnahmebereichen angeordneten Aktivteileisenbereichen eingebettet sind. Beispielsweise kann eine dem Stator zugewandte Außenseite des Vollpolrotors Nuten aufweisen, in welchen Erregerwicklungen angeordnet sind. Zwischen den Nuten sind Nutzähne angeordnet, in welche die Elemente eingebettet sein können.It can also be provided that the active part is a full-pole rotor and the active part iron has receiving areas distributed along a circumference of the active part iron for receiving the magnetic field-generating system, the elements being embedded in active part iron areas arranged between the receiving areas. For example, an outside of the full-pole rotor facing the stator can have slots in which excitation windings are arranged. Useful teeth in which the elements can be embedded are arranged between the grooves.

In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Elemente zumindest teilweise als passive Wärmeleitelemente aus einem thermisch leitfähigen Material, insbesondere Kupfer, ausgebildet, welche dazu ausgelegt sind, eine Abwärme des Aktivteils axial abzuleiten und einer Wärmesenke zuzuführen. Die Elemente können beispielsweise als thermisch leitfähige Stäbe ausgebildet sein, welche in den Kavitäten des Aktivteileisens angeordnet sind und sich zumindest teilweise axial durch das Aktivteileisen erstrecken.In one embodiment of the invention, the elements are at least partially designed as passive heat-conducting elements made of a thermally conductive material, in particular copper, which are designed to absorb waste heat from the active part to be derived axially and fed to a heat sink. The elements can be designed, for example, as thermally conductive rods which are arranged in the cavities of the active part iron and extend at least partially axially through the active part iron.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Elemente zumindest teilweise als Heatpipes ausgebildet. Die Heatpipes weisen eine Wandung auf, welche ein Volumen umschließt. In dem Volumen sind eine Kapillarstruktur, ein Hohlraum sowie ein Arbeitsmedium angeordnet. Auf. Das Arbeitsmedium ist in der Kapillarstruktur in flüssigem Zustand gespeichert. Ein Wärmeeintrag erhöht die Temperatur des Arbeitsmediums so lange, bis dieses verdampft, sich in dem Hohlraum verteilt und an anderer Stelle wieder auskondensiert. Heatpipes weisen den Vorteil auf, dass sie ohne Verwendung einer Pumpe Abwärme abtransportieren können. Die als Heatpipes und/oder passive Wärmeleitelemente ausgebildeten Kühlabschnitte sind insbesondere mit einer Wärmesenke thermisch gekoppelt. Die Wärmesenke kann beispielsweise ein Kühlkörper der elektrischen Maschine sein, an welchen die Elemente thermisch angekoppelt sind. Beispielsweise kann sich die Wärmesenke bzw. thermische Senke bei einem Aktivteil in Form von einem Rotor in einer Welle des Rotors befinden, durch welche die Wärme des Rotors abgeführt wird. Dazu sind die sich axial erstreckenden Elemente beispielsweise über ein weiteres Wärmeleitelement mit der Wärmesenke gekoppelt, wobei das weitere Wärmeleitelement die Abwärme radial leitet.In a further embodiment of the invention, the elements are at least partially designed as heat pipes. The heat pipes have a wall which encloses a volume. A capillary structure, a cavity and a working medium are arranged in the volume. On. The working medium is stored in the capillary structure in a liquid state. A heat input increases the temperature of the working medium until it evaporates, distributes itself in the cavity and condenses out again at another point. Heat pipes have the advantage that they can remove waste heat without using a pump. The cooling sections designed as heat pipes and / or passive heat conducting elements are in particular thermally coupled to a heat sink. The heat sink can, for example, be a heat sink of the electrical machine to which the elements are thermally coupled. For example, in the case of an active part in the form of a rotor, the heat sink or thermal sink can be located in a shaft of the rotor, through which the heat of the rotor is dissipated. For this purpose, the axially extending elements are coupled to the heat sink, for example via a further heat-conducting element, the further heat-conducting element conducting the waste heat radially.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Elemente zumindest teilweise als rohrförmige, von einem Kühlmittel durchströmbare Kühlkanäle bzw. Hohlleiter ausgebildet. Die Kühl- und Flussführungsstruktur ist also zur aktiven Kühlung des Aktivteils ausgebildet, indem die Elemente als Hohlleiter ausgeführt sind, welche die sich zumindest teilweise axial durch das Blechpaket erstreckenden Kühlkanäle ausbilden. Die Kühlkanäle sind von einem gasförmigen oder flüssigen Kühlmittel durchströmbar. Die Kühlkanäle sind dabei an einen Kühlkreis der elektrischen Maschine, in welchem das Kühlmittel zirkulieren kann, angebunden.In a further embodiment of the invention, the elements are at least partially designed as tubular cooling channels or waveguides through which a coolant can flow. The cooling and flow guiding structure is thus designed for active cooling of the active part in that the elements are designed as hollow conductors, which form the cooling channels extending at least partially axially through the laminated core. A gaseous or liquid coolant can flow through the cooling channels. The cooling channels are connected to a cooling circuit of the electrical machine in which the coolant can circulate.

Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Elemente zumindest teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet sind und die Elemente elektrisch miteinander verbunden sind, sodass durch die Einrichtung ein Dämpfungskäfig gebildet ist. Beispielsweise können die Wärmeleitelemente sowie die Wandungen der Kühlkanäle bzw. der Heatpipes aus dem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet sein. An einander gegenüberliegen Stirnseiten des Aktivteils sind die elektrisch leitfähigen Elemente kurzgeschlossen, sodass sich der Dämpfungskäfig ergibt.It proves to be advantageous if the elements are at least partially made of an electrically conductive material and the elements are electrically connected to one another, so that a damping cage is formed by the device. For example, the heat conducting elements and the walls of the cooling channels or the heat pipes can be formed from the electrically conductive material. The electrically conductive elements are short-circuited on opposite end faces of the active part, so that the damping cage results.

Besonders bevorzugt weist das Aktivteil, welches insbesondere als Rotor ausgebildet ist, zur Ausbildung des Dämpfungskäfigs und der Kühlabschnitte als die Elemente bestrombare, als Dämpferwicklungen fungierende Hohlleiter auf, welche von einem Kühlmittel durchströmbar sind. Die Elemente weisen also drei Funktionen auf. Erstens kann durch gezieltes Bestromen der Dämpferwicklungen die magnetische Durchflutung aktiv beeinflusst werden. Zweiten werden die magnetischen Flusssperren aufgrund der für die Dämpferwicklung erzeugten Kavitäten im Aktivteilblechpaket erzeugt bzw. bereitgestellt. Drittens können die Dämpferwicklungen durch das Führen von Kühlmittel in den Hohlleitern aktiv gekühlt werden.Particularly preferably, the active part, which is designed in particular as a rotor, has hollow conductors functioning as damper windings, through which a coolant can flow, for forming the damping cage and the cooling sections as the elements, through which a current can be supplied. The elements thus have three functions. Firstly, the magnetic flow can be actively influenced by targeted energization of the damper windings. Secondly, the magnetic flux barriers are generated or provided in the active laminated core due to the cavities generated for the damper winding. Thirdly, the damper windings can be actively cooled by guiding coolant in the waveguides.

Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Aktivteil vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße elektrische Maschine.The embodiments presented with reference to the active part according to the invention and their advantages apply accordingly to the electrical machine according to the invention.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figur und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.Further features of the invention emerge from the claims, the figure and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figure can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own.

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.The invention will now be explained in more detail using a preferred exemplary embodiment and with reference to the drawing.

Es zeigt die einzige Figur 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer elektrischen Maschine 1. Die elektrische Maschine 1 weist ein erstes Aktivteil 2 in Form von einem hier hohlzylinderförmigen Stator 3 und ein zweites Aktivteil 4 auf, welches hier als ein innerhalb des Stators 3 drehbar gelagerter Schenkelpolrotor 5 ausgebildet ist. Der Stator 3 weist ein erstes Aktivteileisen 6 bzw. Statoreisen und der Schenkelpolrotor 5 weist ein zweites Aktivteileisen 7 bzw. Rotoreisen auf. Das Statoreisen 6 weist entlang einer Umfangsrichtung U eine Vielzahl von Statornuten 6a auf, in welchen ein hier nicht gezeigtes magnetfelderzeugendes System mit bestrombaren Statorwicklungen angeordnet werden kann.It shows the only figure 1 a schematic representation of an embodiment of an electrical machine 1 . The electric machine 1 has a first active part 2 in the form of a hollow cylindrical stator here 3 and a second active part 4th on which here as an inside the stator 3 rotatably mounted salient pole rotor 5 is trained. The stator 3 has a first active part iron 6th or stator iron and the salient pole rotor 5 has a second active part iron 7th or rotor iron on. The Statoreisen 6th has a plurality of stator slots along a circumferential direction U 6a on, in which a magnetic field generating system (not shown here) with energizable stator windings can be arranged.

Das Rotoreisen 7 weist hier einen Jochring 8 sowie mehrere Schenkelpole 9 auf, welche entlang der Umfangsrichtung U verteilt angeordnet sind. Die Schenkelpole 9 weisen einen Polschaft 10 sowie einen Polschuh 11 auf. Eine Außenseite 12 des Polschuhs 11 ist angrenzend an einen Luftspalt 13 der elektrischen Maschine 1 angeordnet. Der Schenkelpolrotor 5 weist ebenfalls ein hier nicht gezeigtes magnetfelderzeugendes System zur Erzeugung eines magnetischen Flusses auf, welches beispielsweise Erregerwicklungen und/oder Permanentmagnete aufweisen kann. Die Erregerwicklungen können beispielsweise um die Polschäfte 10 gewickelt sein und von den Polschuhen 11 gehalten werden.The Rotoreisen 7th has a yoke ring here 8th as well as several salient poles 9 which are arranged distributed along the circumferential direction U. The salient pole 9 have a pole shaft 10 as well as a pole piece 11 on. An outside 12th of the pole piece 11 is adjacent to an air gap 13th of the electric machine 1 arranged. The salient pole rotor 5 also has a magnetic field generating system (not shown here) for generating a magnetic flux, which for example can have excitation windings and / or permanent magnets. The excitation windings can, for example, around the pole shafts 10 be wrapped and off the pole pieces 11 being held.

Hier weist das zweite Aktivteil 4 eine Kühl- und Flussführungsstruktur 14 auf, welche durch in das Aktivteileisen 7 eingebettete Elemente 15 gebildet ist. Die Elemente 15 sind dazu ausgelegt, das Aktivteil 4 zu kühlen und den magnetischen Fluss des magnetfelderzeugenden Systems innerhalb des Aktivteileisens 7 zu führen bzw. zu beeinflussen. Die Elemente 15 bilden dazu sowohl Kühlabschnitte 16 als auch Flusssperrabschnitte 17 aus. Zum Ausbilden der Kühlabschnitte 16 können die Elemente 15 beispielsweise als thermisch leitfähige Stäbe, als Heatpipes oder als kühlmittelführende Kühlrohre ausgebildet sein. Die Elemente 15 können auch elektrisch leitfähig und kurzgeschlossen sein, sodass die Kühl- und Flussführungsstruktur 14 einen Dampferkäfig des Schenkelpolrotors 5 ausbildet. Insbesondere sind die Elemente 15 dazu als von einem Kühlmittel durchströmbare, bestrombare Hohlleiter ausgebildet. In ihrer Funktion als Flusssperrabschnitte 17 sind die Elemente 15 dazu ausgelegt, den magnetischen Fluss des magnetfelderzeugenden Systems in angrenzenden Flussführungsabschnitten 18 zu beeinflussen. Die Flussführungsabschnitte 18 sind durch Aktivteileisenbereiche ausgebildet.This is where the second active part shows 4th a cooling and flow management structure 14th which through into the active parts iron 7th embedded elements 15th is formed. The Elements 15th are designed to be the active part 4th to cool and the magnetic flux of the magnetic field generating system within the active part iron 7th to lead or influence. The Elements 15th form both cooling sections 16 as well as river lock sections 17th the end. For forming the cooling sections 16 can the elements 15th for example, be designed as thermally conductive rods, as heat pipes or as coolant-carrying cooling tubes. The Elements 15th can also be electrically conductive and short-circuited, so that the cooling and flow guidance structure 14th a steamer cage of the salient pole rotor 5 trains. In particular are the elements 15th to this end, designed as a hollow conductor through which a coolant can flow and which can be energized. In their function as river blocking sections 17th are the elements 15th designed to control the magnetic flux of the magnetic field generating system in adjacent flux guide sections 18th to influence. The river guide sections 18th are formed by active parts iron areas.

Die Kühl- und Flussführungsstruktur 14 ist hier in die Polschuhe 11 integriert bzw. eingebettet. Dazu können in den Polschuhen 11 Kavitäten bzw. Durchführungen angeordnet sein, welche sich zumindest teilweise axial durch den Polschuh 11 erstrecken und in welchen die Elemente 15 angeordnet sind. Die Kavitäten sind hier entlang der Umfangsrichtung U beabstandet zueinander angeordnet, sodass in dem Polschuh 11 entlang der Umfangsrichtung U abwechselnd Flusssperrabschnitte 17 und Flussführungsabschnitte 18 gebildet sind. Zwischen den Flusssperrabschnitten 17 und der Außenseite 12 der Polschuhe 11 befinden sich Stege 19, welche durch Material des Aktivteileisens 7 gebildet sind und welche beispielsweise eine in Umfangsrichtung U konstante oder veränderliche Dicke aufweisen können.The cooling and flow management structure 14th is here in the pole pieces 11 integrated or embedded. This can be done in the pole pieces 11 Cavities or leadthroughs may be arranged, which are at least partially axially through the pole piece 11 extend and in which the elements 15th are arranged. The cavities are here arranged at a distance from one another along the circumferential direction U, so that in the pole piece 11 flow barrier sections alternate along the circumferential direction U 17th and flow guide sections 18th are formed. Between the river lock sections 17th and the outside 12th the pole shoes 11 there are bars 19th , which by material of the active part iron 7th are formed and which can have a constant or variable thickness in the circumferential direction U, for example.

Claims

Active part (4) for an electrical machine (1) having: - a magnetic field generating system for generating a magnetic flux, - an active part iron (7) for holding the magnetic field generating system and for guiding the magnetic flux of the magnetic field generating system, characterized by - a cooling and flow guide structure (14) which has elements (15) embedded in the active part iron (7) and at least partially axially extending through the active part iron (7), the elements (15) as cooling sections (16) for dissipating waste heat from the active part ( 4) and are additionally designed as magnetic flux blocking sections (17) for guiding the magnetic flux of the magnetic field generating system within flux guide sections (18) formed by the active component iron (7) and adjacent to the flux blocking sections (17).

Active part (4) after Claim 1 , characterized in that the magnetic field generating system has at least one energizable winding for generating an electrically excited magnetic flux and / or at least one permanent magnet for generating a permanently excited magnetic flux.

Active part (4) after Claim 1 or 2 , characterized in that the active part iron (7) has at least partially axially extending cavities through the active part iron (7) for receiving the elements (15), which are spaced apart from one another along a circumference of the active part iron (7).

Active part (4) according to one of the preceding claims, characterized in that the active part (4) is a salient pole rotor (5) and the active part iron (7) has a yoke ring (8) and at least two along a circumference of the yoke ring (8) on the Yoke ring (8) arranged salient poles (9) each having a pole shaft (10) protruding radially from the yoke ring (8) and each having a pole shoe (11) arranged on the pole shaft (10), the elements (15) in the Pole shoes (11) are embedded.

Active part (4) according to one of the preceding claims, characterized in that the active part (4) is a full-pole rotor and the active part iron (7) has receiving areas distributed along a circumference of the active part iron (7) for receiving the magnetic field-generating system, the elements (15 ) are embedded in active parts iron areas arranged between the receiving areas.

Active part (4) according to one of the preceding claims, characterized in that the elements (15) are at least partially designed as passive heat conducting elements made of a thermally conductive material, in particular copper, which are designed to dissipate waste heat from the active part (4).

Active part (4) according to one of the preceding claims, characterized in that the elements (15) are at least partially designed as tubular cooling channels through which a coolant can flow.

Active part (4) according to one of the preceding claims, characterized in that the elements (15) are at least partially designed as heat pipes.

Active part (4) according to one of the preceding claims, characterized in that the elements (15) are at least partially formed from an electrically conductive material, so that a damping cage is formed by the cooling and flow guiding structure (14).

Active part after Claim 9 , characterized in that the active part has for forming the damping cage and the cooling sections as the elements can be energized, acting as damper windings waveguides through which a coolant can flow.

Electrical machine (1) with at least one active part (4) according to one of the preceding claims.